林成華 李曉晶 蔣和平

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

前言

中國水電建設(shè)行業(yè)正大踏步走出國門邁向世界，國際項(xiàng)目中的灌漿工程也隨之成為國內(nèi)灌漿理論與歐美灌漿理論相互摩擦和碰撞的焦點(diǎn)，而雙方的灌漿理論和施工工藝都各有其獨(dú)自的優(yōu)點(diǎn)，融合兩種灌漿理論在灌漿工程中找到其平衡點(diǎn)從而解決其矛盾與沖突是選擇合適的灌漿施工工藝使工程施工順利進(jìn)行的前提和必要條件。

1 歐美灌漿理論及特點(diǎn)

長期以來，歐美灌漿工程基本采用瑞士學(xué)者隆巴迪（Lombardi）提出的使用穩(wěn)定漿液采用灌漿強(qiáng)度值灌漿法（GIN灌漿法）施工。GIN灌漿法的基礎(chǔ)理論為：①漿液能否注入巖體裂隙主要取決于裂隙的大小、水泥漿液顆粒的大小和灌漿壓力；②析水率大的漿液在注入裂隙后形成的結(jié)石體積會(huì)縮小達(dá)不到對裂隙充填飽滿的效果，并且該類漿液結(jié)石強(qiáng)度較低；③穩(wěn)定漿液析水率小、不易沉淀，能有效注入巖體裂隙，形成結(jié)石后體積變化小能對裂隙進(jìn)行有效充填，并且其結(jié)石強(qiáng)度高具有很好的抗變形能力和耐久性；④灌漿過程中采用灌漿強(qiáng)度值法進(jìn)行控制，裂隙細(xì)微的部位吸漿量小可在較高灌漿壓力的條件下充填飽滿，裂隙寬大的部位吸漿量大，可在注入量的限制條件下即對灌漿段附近的裂隙進(jìn)行有效灌入又能有效防止?jié){液擴(kuò)散過遠(yuǎn)造成不必要的浪費(fèi)。

在歐美國家，上述理論不僅僅用于灌漿工程施工，而且以此為基礎(chǔ)進(jìn)行研究和發(fā)展，形成了包括灌漿工程設(shè)計(jì)、工程施工、工程質(zhì)量檢查方法和質(zhì)量合格評判標(biāo)準(zhǔn)等方面的一整套完善的灌漿理論。

歐美灌漿理論的主要優(yōu)點(diǎn)：①灌漿漿液一般采用單級水灰比，灌漿過程采用計(jì)算機(jī)控制，因此施工控制簡便；②灌漿采用純壓式灌漿法，優(yōu)先采用自下而上分段灌漿的方式，該方法鉆孔與灌漿分離灌漿工效高，而且可減少灌漿漿液的浪費(fèi)；③濃漿凝結(jié)后體積變化小且結(jié)石強(qiáng)度高具有對裂隙較好的充填效果和改善基巖力學(xué)性能的能力。

2 國內(nèi)灌漿與歐美灌漿環(huán)境的差異——?dú)W美灌漿理論的應(yīng)用環(huán)境和條件

在我國國內(nèi)已有不少灌漿工程采用歐美這套灌漿理論，但是，取得的灌漿效果卻不如人意。歐美灌漿理論在國內(nèi)不能有效推廣有以下幾個(gè)重要原因：

（1）設(shè)計(jì)理論和質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)與歐美灌漿理論不配套。國內(nèi)灌漿設(shè)計(jì)以傳統(tǒng)灌漿理論為主，其對灌漿工程的質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)要求比國外高。國外灌漿工程質(zhì)量檢查透水率標(biāo)準(zhǔn)一般在3Lu以上，而國內(nèi)透水率標(biāo)準(zhǔn)一般都（1～3）Lu之間，采用GIN灌漿法在大多數(shù)地質(zhì)條件下的灌漿效果都很難達(dá)到3Lu以下標(biāo)準(zhǔn)。

（2）施工方法不配套。國內(nèi)多數(shù)灌漿工程都要求采用自上而下孔內(nèi)循環(huán)灌漿法，不允許采用自下而上純壓式灌漿法，因此，GIN灌漿法采用自下而上純壓式灌漿法施工從而大幅提高施工工效和減少漿液浪費(fèi)的優(yōu)點(diǎn)不能得到體現(xiàn)。

（3）灌漿施工工藝和施工參數(shù)試驗(yàn)不充分。灌漿工程施工工藝和施工參數(shù)都具有很強(qiáng)的針對性，實(shí)施前首先應(yīng)對工程地質(zhì)情況進(jìn)行全面詳細(xì)的勘探和了解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求擬定工程施工工藝和相應(yīng)的施工參數(shù)，再進(jìn)行充分的試驗(yàn)論證和調(diào)整，最后制定出正式的符合工程實(shí)際情況的施工工藝和參數(shù)。

然而，國內(nèi)灌漿施工在現(xiàn)場試驗(yàn)這一環(huán)節(jié)往往不夠重視，在灌漿試驗(yàn)時(shí)也通常直接采用設(shè)計(jì)指定或套用類似灌漿工程的施工工藝和參數(shù)，這樣的施工工藝和孔位布置、灌漿分段、灌漿壓力、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù)都偏向于保守，這種情況下灌漿試驗(yàn)的結(jié)果一般都能滿足設(shè)計(jì)要求，但是，也容易造成過多的不必要的資源浪費(fèi)，工程施工效率也得不到提高。按照類似的方法將GIN灌漿法移植到國內(nèi)灌漿工程中就行不通了，因?yàn)镚IN灌漿法的目的就是在保證工程質(zhì)量的前提下如何提高施工工效、降低能耗、節(jié)約資源，這與靠過高的要求和資源消耗來滿足設(shè)計(jì)要求的方法背道而馳。

（4）國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)環(huán)境不同。國外工程一般采用建設(shè)項(xiàng)目總承包（EPC承包）的管理方式，工程以總價(jià)承包為主，工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方和施工方在利益上是同一方，因此，雙方在灌漿工程設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面配合更緊密、主觀能動(dòng)性更強(qiáng)。國內(nèi)灌漿工程主要采取的是單價(jià)合同，灌漿工程施工的優(yōu)化、工程量的減少和漿液注入量的減少都直接影響到相關(guān)單位的經(jīng)濟(jì)利益，在這種環(huán)境下推廣歐美灌漿理論勢必會(huì)困難重重。

綜上所述，筆者認(rèn)為灌漿工程中應(yīng)用歐美灌漿理論應(yīng)具備以及幾個(gè)條件：

●灌漿質(zhì)量檢查透水率合格標(biāo)準(zhǔn)不小于3Lu，灌后透水率不宜作為質(zhì)量評判的唯一標(biāo)準(zhǔn)，尤其在固結(jié)灌漿中應(yīng)結(jié)合聲波檢測和變形模量測試的結(jié)果進(jìn)行綜合評判。

●灌漿宜采用純壓式灌漿法，優(yōu)先采用自下而上分段灌漿的方式。

●施工前應(yīng)進(jìn)行全面詳細(xì)的地質(zhì)勘探和充分的灌漿試驗(yàn)。

●在工程合同上采用更合理的經(jīng)濟(jì)方式。

3 灌漿中合理應(yīng)用歐美灌漿理論的基本思路

在我國傳統(tǒng)的灌漿理論體系下應(yīng)用歐美灌漿理論應(yīng)以國內(nèi)常用的施工工藝為基礎(chǔ)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)逐步改善施工工藝和施工參數(shù)，以達(dá)到優(yōu)化灌漿施工的目的。其可按如下步驟進(jìn)行:

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求按國內(nèi)相關(guān)規(guī)范結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件擬定基本施工工藝和施工參數(shù)。

（2）進(jìn)行漿液試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬定初始灌漿漿液配比組，再結(jié)合歐美灌漿理論擬定幾組合理的漿液優(yōu)化配比。

（3）采用初始漿液配比進(jìn)行基本施工工藝和施工參數(shù)試驗(yàn)，驗(yàn)證和優(yōu)化施工工藝和施工參數(shù)。

（4）采用擬定的幾組合理的漿液優(yōu)化配比逐步進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化灌漿漿液。

（5）針對特殊地質(zhì)條件進(jìn)行試驗(yàn)，制定專項(xiàng)方案。

4 歐美灌漿理論在沐若水電站大壩固結(jié)灌漿中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 地質(zhì)條件

馬來西亞沐若水電站大壩為弧形碾壓混凝土重力壩，最大壩高約153m，大壩基巖以砂巖、頁巖、雜砂巖和泥巖為主。大壩的建基面開挖要求：河床壩段開挖至微風(fēng)化基巖面，左、右岸坡開挖至弱風(fēng)化基巖面。壩基巖體結(jié)構(gòu)面主要有斷層、裂隙、層間剪切帶（軟弱夾層）等。斷層多為陡傾角，破碎呈線狀，近地表巖體受卸荷及溶蝕影響性狀較差；剪切帶主要順頁巖夾層形成剪切作用較強(qiáng)時(shí)泥化程度較高；裂隙在基巖深度12m范圍內(nèi)較發(fā)育，裂隙連通率較高，左岸壩肩邊坡裂隙連通率達(dá)80%。因此，大壩基巖需要通過固結(jié)灌漿施工較大的提高其巖體的整體性和抗變形能，并對其結(jié)構(gòu)面進(jìn)行強(qiáng)化處理。

4.2 漿液試驗(yàn)

根據(jù)國內(nèi)外固結(jié)灌漿漿液配比的施工情況分別對多個(gè)漿液比級的純水泥漿液進(jìn)行了試驗(yàn)，此外，還針對2∶1、1.5∶1、1∶1等三個(gè)比級進(jìn)行了添加膨潤土的試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 沐若水電站大壩固結(jié)灌漿漿液試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)漿液試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知漿液加入4%膨潤土之后其析水率得到了很大的改善，但是抗壓強(qiáng)度也隨之大幅度降低。就固結(jié)灌漿而言水泥漿液結(jié)石強(qiáng)度對固結(jié)灌漿效果至關(guān)重要，經(jīng)過與國外專家組的多次交鋒，他們不再堅(jiān)持要求使用穩(wěn)定漿液。綜合國內(nèi)外專家意見，擬定了4組漿液配比見表2。

表2 大壩固結(jié)灌漿漿液初步選定表

4.3 基本施工工藝

大壩固結(jié)灌漿孔的間排距按2.5m×2.5m、2.0 m×2.5m兩種形式布置，透水率合格標(biāo)準(zhǔn)為3Lu。灌漿基本施工工藝如下：

（1）灌漿方法：主要采用自下而上純壓式灌漿法，局部地質(zhì)條件較差的部位采用自上而下純壓式灌漿法。

（2）灌漿漿液：最初選擇使用2.0∶1、1∶1、0.5∶1等三級水灰比。

（3）漿液變換原則：固結(jié)灌漿采用2∶1漿液開灌，當(dāng)某一比級的漿液注入量已達(dá)到300L以上，或灌漿時(shí)間已達(dá)到30min，而灌漿壓力或注入率變化量均小于10%時(shí)，換濃一級水灰比漿液灌注；當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，越級變濃。

（4）灌前壓水、裂隙沖洗、灌漿結(jié)束條件、聲波測試以及檢查孔壓水試驗(yàn)等均按國內(nèi)相關(guān)規(guī)范常規(guī)要求執(zhí)行。

4.4 現(xiàn)場試驗(yàn)

根據(jù)擬定的水灰比，采用2.0∶1、1∶1、0.5∶1等三級水灰比進(jìn)行了固結(jié)灌漿試驗(yàn)。檢查孔壓水透水率均小于3Lu，其中最大值為2.88Lu，最小值為1.00 Lu。灌后平均聲波值比灌前平均聲波值增長11.5%。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)和質(zhì)量檢查結(jié)果證明固結(jié)灌漿施工工藝滿足設(shè)計(jì)要求。

4.5 漿液優(yōu)化試驗(yàn)

盡管固結(jié)灌漿試驗(yàn)滿足要求，但在在GIN法灌漿理論的影響下，國外專家組對中方采用的漿液比級仍表示懷疑，按照其要求，現(xiàn)場又進(jìn)行了3組漿液優(yōu)化試驗(yàn)，目的是采用較濃漿液開灌。

4.5.1 1.5∶1與2∶1開灌對比試驗(yàn)

試驗(yàn)的主要目的是對比1.5∶1、1∶1、0.5∶1和2∶1、1∶1、0.5∶1兩組水灰比漿液的灌漿效果，此外，漿液變換原則中灌漿壓力或注入率變化量小于10%的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整成20%。試驗(yàn)區(qū)兩組水灰比灌漿的基巖條件基本一致，施工時(shí)間、參數(shù)、控制要求等均相同。試驗(yàn)區(qū)灌漿數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 1.5∶1與2∶1開灌對比試驗(yàn)灌漿數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

由表4數(shù)據(jù)可知兩組水灰比在漿液注入量上差異不明顯。

壓水檢查結(jié)果顯示：1.5∶1和2∶1開灌區(qū)檢查孔壓水透水率均小于3Lu。聲波檢測結(jié)果1.5∶1開灌區(qū)的灌后聲波平均值比灌前增長11.66%，2∶1開灌區(qū)的灌后聲波平均值比灌前增長10.02%，1.5∶1開灌區(qū)灌后聲波的均勻性也比2∶1開灌區(qū)好。

固結(jié)灌漿主要目的是增強(qiáng)大壩基巖整體性和抗變形能力，在滿足設(shè)計(jì)透水率等合格標(biāo)準(zhǔn)的情況下較濃漿液的注入能起到更好的效果，因此，確定固結(jié)灌漿施工調(diào)整為采用1.5∶1、1∶1、0.5∶1等三級水灰比和新的漿液變換原則。

4.5.2 1.5∶1、0.67∶1兩級水灰比漿液灌漿試驗(yàn)

采用1.5∶1、0.67∶1漿液進(jìn)行灌漿試驗(yàn)部位的基巖條件主要為砂巖、頁巖與砂巖互層。試驗(yàn)?zāi)康臑閷⒐探Y(jié)灌漿試驗(yàn)的三級水灰比簡化為兩級，在灌漿過程中及早采用穩(wěn)定漿液進(jìn)行灌注。灌漿數(shù)據(jù)見表5。

表5 1.5∶1、0.67∶1兩級水灰比漿液試驗(yàn)灌漿數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

試驗(yàn)區(qū)共布置檢查孔6個(gè)，壓水段數(shù)12段，其中透水率最小值為1.53Lu，最大值為5.27Lu（已超過合格標(biāo)準(zhǔn)3Lu的150%），透水率大于3Lu的有6段占總段數(shù)的50%。聲波檢測孔的灌后聲波值比灌前聲波值平均提高8.0%。采用該組水灰比施工查孔透水率不能滿足設(shè)計(jì)要求，灌后聲波值比灌前增長率不如采用三級水灰比漿液灌漿。因此，該組水灰比漿液不予采用。

4.5.3 1∶1、0.5∶1兩級水灰比漿液灌漿試驗(yàn)

采用 1∶1、0.5∶1漿液進(jìn)行灌漿試驗(yàn)部位的基巖條件為砂巖，試驗(yàn)區(qū)裂隙發(fā)育且連通率較高，試驗(yàn)區(qū)共88個(gè)灌漿孔，基巖總進(jìn)尺為1056.0m，灌漿孔布置進(jìn)行了加密孔排距為2.0m×2.0m。試驗(yàn)的目的是研究該組水灰比及布孔方式對大壩基巖裂隙發(fā)育、斷層和軟弱夾層影響部位的固結(jié)灌漿效果。灌漿數(shù)據(jù)見表6。

試驗(yàn)區(qū)共布置檢查孔5個(gè)，壓水總段數(shù)10段，透水率均小于3Lu。該試驗(yàn)區(qū)布置了3個(gè)孔內(nèi)錄像孔，從孔內(nèi)錄像資料分析水泥漿液對試驗(yàn)區(qū)基巖內(nèi)裂隙的充填率較高，充填飽滿，密實(shí)度較好。因此，該組水灰比漿液在結(jié)合孔位加密的情況下（孔位間排距不大于2.0m×2.0m）可以用于裂隙發(fā)育、斷層和軟弱夾層的影響較大的缺陷部位，其他部位不宜采用。

表6 1∶1、0.5∶1兩級水灰比漿液試驗(yàn)灌漿數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4.6 應(yīng)用分析

沐若水電站大壩固結(jié)灌漿是兩種灌漿理論充分交融，相互妥協(xié)的結(jié)果，從而也使灌漿效果得到了最大的保證、投資也得到了節(jié)省。

（1）設(shè)計(jì)方采用的是國內(nèi)的設(shè)計(jì)理論和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，施工中采用GIN灌漿法很難保證滿足設(shè)計(jì)要求，所以不宜選用。

（2）以國內(nèi)灌漿施工工藝為基礎(chǔ)選擇采用了自下而上純壓式灌漿法，灌漿工程施工工效得到很大提高，1臺(tái)履帶式潛孔鉆機(jī)每天鉆孔可達(dá)300m以上。

（3）將國內(nèi)一般采用的4個(gè)固結(jié)灌漿漿液比級優(yōu)化成3個(gè)，開灌比級由一般不小于2∶1調(diào)整為1.5∶1。優(yōu)化后，固結(jié)灌漿過程控制得到簡化。

（4）對漿液變換條件根據(jù)國內(nèi)規(guī)范進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后可盡量減少稀漿的注入量和漿液的過度浪費(fèi)。

（5）針對裂隙發(fā)育、斷層和軟弱夾層的影響較大的缺陷部位采用了兩級水灰比漿液灌注，開灌水灰比為1∶1，滿足了這些部位對固結(jié)灌漿效果的特殊要求。

5 結(jié) 語

歐美灌漿理論有其獨(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢，也有其對應(yīng)的使用環(huán)境和條件，而我國工程建設(shè)環(huán)境和工程條件還不能與之完全匹配。因此，應(yīng)用該理論時(shí)選擇以國內(nèi)常用灌漿工藝為基礎(chǔ)，合理應(yīng)用該理論通過大量試驗(yàn)對灌漿工藝和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是一種可行的方法。